GIS技术在气象领域的应用

摘 要：GIS是一种基于计算机的工具，可以对空间信息进行分析和处理。目前，GIS技术已被广泛应用于气象领域。本文主要对GIS技术在气象灾害风险区划、农业气候区划、天气预报以及人工影响天气中的应用进行归纳分析，通过探讨GIS技术在气象领域中的相关应用，为气象业务的发展提供参考。

关键词：GIS技术;气象;气象灾害风险区划;农业气候区划;天气预报

中图分类号：P409 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0150-03

The Application of GIS Technology in the Meteorology Field

WANG Yuyan

（Xinxiang Meteorological Bureau，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： GIS is a computer-based tool that can analyze and process spatial information. At present， GIS technology has been widely used in meteorological field. This paper mainly summarized and analysed the application of GIS technology in meteorological disaster risk zoning， agroclimatic zoning， weather forecast and weather modification. By discussing the related application of GIS technology in meteorological field， it can provide reference for the development of meteorological business.

Keywords： GIS technology;meteorology;meteorological disaster risk zoning;agroclimatic zoning;weather forecast

1 研究背景

隨着全球化、网络化和知识经济的快速发展，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为一门综合性学科，结合地理科学、地图学、遥感科学以及计算机科学等学科，被广泛应用于不同领域。地理信息系统（GIS）是在计算机硬件与软件系统的支持下，对地球表层空间的相关地理要素信息数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统。GIS技术凭借其强大的数据管理和空间分析功能，在国土、林业、农业、旅游、交通等多种行业得到广泛应用。近年来，GIS技术在气象领域的应用也越来越广泛，气象工作者将其应用于气象历史资料管理、气象灾害风险区划、农业气候区划、天气预报及人工影响天气等方面。

在国内外研究中，GIS技术现已被广泛应用于气象领域。国外气象部门与专业GIS开发公司合作，开发出专业的气象GIS模块，使GIS平台能满足气象科研的需求。NCAR（美国国家大气研究中心）不断研究GIS技术，实现了应用GIS技术从简单的气象数据共享发展为较复杂的空间分析功能，对空间数据分析功能、空间信息基础设施建设功能、气象要素插值方法等模式进行二次开发，最终取得了一系列的成果;NCAR还与ESRI公司（美国环境系统研究所公司）合作建立了气象数据模型，多种气象专业分析模型和应用系统就建立在这样的GIS平台上[1]。国外许多学者还对GIS技术的空间分析方法进行了研究，并将其应用到气象领域。例如，Gergelova M等学者通过改进IDW（Inverse Distance Weighted）空间插值法形成了一种新的方法，并将其命名为梯度加反距离平方法。该方法能有效消除地形、坡度和海拔的影响，通过对区域气候数据生成的表面温度、压强等气象要素的比较，进一步加强分析的准确性。

国内也对GIS技术与气象的结合进行了多方面研究，研究主要集中在气象数据管理、气象灾害风险区划、农业气候区划、天气预报和人工影响天气等多个方面。接下来，主要从这几个方面研究GIS技术在气象领域中的应用。

2 GIS技术在气象领域的应用

2.1 GIS技术在气象数据管理中的应用

近年来，气象部门利用GIS技术实现了气象数据的管理和应用，基于GIS技术来存储海量的气象观测数据、气象离散数据及气象格网数据等，建立气象资料空间数据库。GIS技术可以提供多种空间数据结构，使气象数据以点、线、面的形式存在，并以对象方式存储和操作，使多种气象数据之间形成相互联系。GIS空间数据库可用于气象监测站点、气象历史与实时数据、气象卫星影像数据、空气污染预测数据、空气质量标准及法规条例和评价等级、决策项目和边界条件数据等气象资料管理工作。目前，我国国家气象局信息中心已建立了1∶50 000基础地理信息数据库，还陆续建立了其他气象资料空间数据库;同时，国家卫星气象中心建立了风云系列卫星观测影像数据库。这些数据库的建立实现了空间数据的一体化管理，为气象科研工作提供了有效的数据基础，为广大人民群众提供了更加精确、更高质量的公共气象服务[2]。

2.2 GIS技术在气象灾害风险区划中的应用

气象灾害是自然灾害之一，主要包括暴雨洪涝、干旱、高温、台风等。气象灾害波及范围广，影响程度深，对社会经济发展及人民生命财产安全造成重大威胁。我国是气象灾害最为严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失严重。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）[3]在《管理极端事件和灾害风险，推进气候变化适应》中指出，气象灾害风险是灾害事件、暴露度和脆弱性三者的函数，即气象灾害事件及其影响是灾害发生的事实和自然系统的暴露度与脆弱性共同作用的结果[4]。气象灾害风险的形成受多重因素影响，必须具备引发气象灾害的致灾因子，并对人类的人身和财产造成威胁，这样才能被称作风险。进行气象灾害风险区划及气象灾害风险评估有助于防范气象灾害的发生，减少气象灾害给人们生命财产安全带来的损失。而将GIS技术应用于气象灾害风险区划中，能为以区域为对象的防灾减灾规划提供科学的依据和理论参考。

例如，暴雨洪涝灾害是我国发生频率较高的气象灾害之一，造成的社会经济损失严重。利用GIS的空间分析功能，结合气象数据、水文数据、社会经济数据等，得到某一区域某一时间段发生暴雨洪涝灾害的频次和强度。通过分析暴雨洪涝灾害的暴露度和脆弱性指标，利用GIS的空间插值功能绘制出某一区域暴雨洪涝灾害的风险区划图。结合风险区划图可以对未来某一时间可能发生暴雨洪涝灾害的区域进行评估，评估暴雨洪涝灾害可能影响的区域范围以及可能影响到的人口数，进而建立灾害损失评估模型，评估灾害损失，使灾害评估结果定量化，为决策者制定有效的预警措施提供依据。

2.3 GIS技术在农业气候区划中的应用

随着科技的进步，农业生产也朝着科技农业、智慧农业的方向发展。农业生产的前提是因地制宜，适宜的气候条件是农作物生长的基础，是最基本的外界条件。因此，进行合理的农业气候区划有助于提高农作物种植的合理性，提高农作物产量，保证农作物高质量生产，从而提升经济效益，满足广大农民群众的需求。由于不同农作物生长所需的外界条件不同，对温度、降水量、日照时数、海拔高度、地温等气象要素都有一定的严格要求，因此，广大农民及农业技术人员需要根据不同区域的气候特征，选取较为适宜的农作物进行種植，这样才能更高效地利用自然资源，提升农作物的质量与产量。部分农民在种植农作物时，可能会忽视自然条件，主观性较强，种植的作物可能不适应当地的气候特征，造成农作物产量较低。而进行农业气候区划能为广大农民提供一定的数据支撑和科学分析，为农作物的选取提供参考，具有重要意义。

目前，GIS技术已在农业气候区划中得到广泛应用，对农业相关要素进行空间分析，通过农业数据与气象资料、地形数据等空间数据的叠加，对缓冲区进行分析，获取精细化的农业产品。例如，利用GIS工具中的反距离加权插值方法对某一区域的地面气象要素，如降水、气温、日照时数等进行空间插值，叠加DEM数据进行分析，最后生成农业气候区划图，最后结合不同作物所需的最优生长条件，选取适合该区域种植的作物。

2.4 GIS技术在天气预报中的应用

GIS具有强大的空间分析功能。近年来，GIS技术在数值天气预报业务中发挥着越来越重要的作用，其在天气预报中的应用主要表现在以下几方面。①对单个站点的实测数据进行网格化，根据不同需求建立模式方程，利用方程将地理信息数据、气象数据资料等作为自变量进行空间分析，从而得到所需的不同天气要素的预报结论。②通过发挥GIS的加工、处理及显示的功能，制作出数字化的天气预报图，也可以利用GIS绘制出不同气象要素的预报结果，用来分析天气数据及天气形势，从而获得更加准确的天气预报结论。③将气象要素如降水、日照时数等与地图信息、DEM数据等叠加，进而分析天气要素受地形等因素的影响程度，为区域性的天气预报提供参考。

2.5 GIS技术在人工影响天气中的应用

人工影响天气主要是利用人为手段，使天气现象朝着人们所预定的方向进行转化。人工影响天气主要包括人工降水、人工防雹等。其是在一定的有利条件下，通过人工催化等技术手段，对局部大气中的物理过程进行人工干预，使某些天气现象发生变化，达到减轻或避免气象灾害的目的。人工影响天气工作是气象服务的重点内容，特别是人工降水作业，对缓解旱情、增加农作物产量发挥了重要作用。利用GIS技术，可以对大量地理信息数据进行系统化管理，提出适用于飞机、火箭人工降水的科学决策，创建实时监控、信息查询等人工影响天气平台。王以琳等[5]以GIS技术为基础，把人工增雨资料、人工防雹资料、作业指挥方法、数据传递路径和效果分析结论等多种信息完整地汇总到一个工作平台上，直观有效地为人工影响天气作业提供技术参考。李艳萍[6]利用GIS技术对炮站的定位数据、卫星云图资料、雷达回波数据和气象观测数据等进行叠加，使多种数据融合，对人工影响天气进行分析论述，为人工影响天气作业时间的选取提供较为完善的气象数据资料。王媛等[7]利用GIS技术实现观测资料在人工影响天气作业指挥中的应用，开发了基于GIS的人影作业指挥系统。该系统利用GIS实现各类气象数据的分析、融合、叠加、显示，建立了基于GIS的人工影响天气作业指挥平台，实现了对土壤墒情、自动气象站、卫星和雷达等气象资料的综合分析应用，为制订科学合理的人工影响天气作业方案提供依据和理论参考。

3 结语

GIS技术具有空间数据管理、集成和空间分析等能力。将GIS技术广泛应用于气象领域，能为气象研究提供信息与技术支撑，推动气象事业快速发展。

参考文献：

[1]刘维.基于RS和GIS的江苏省重大农业气象灾害监测、预警系统的研究[D].南京：南京信息工程大学，2012.

[2]杨桂菊，石伟伟，黄骞.GIS技术在气象领域应用综述[J].广西师范学院学报（自然科学版），2014（1）：67-72.

[3]Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）.Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation：Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge ：Cambridge University Press，2012.

[4]王豫燕，王艳君，姜彤.江苏省暴雨洪涝灾害的暴露度和脆弱性时空演变特征[J].长江科学院院报，2016（4）：27-32.

[5]王以琳，黄磊.地市级人工影响天气业务技术系统[J].气象科技，2007（4）：535-540.

[6]李艳萍.基于GIS技术的人工影响天气业务系统的设计[J].气象研究与应用，2005（4）：35-37.

[7]王媛，刘佳，杨娜娜，等.GIS技术在人工影响天气作业气象探测资料分析中的应用[J].中国农学通报，2011（6）：455-458.